【渲染流水线】[应用阶段]-[定制裁剪]以UnityURP为例

除了常见的包围盒裁剪（Frustum Culling）和遮挡剔除（Occlusion Culling），还存在以下裁剪算法及其应用场景：

【从UnityURP开始探索游戏渲染】专栏-直达

1. ‌层级剔除（Layer Culling）‌

• ‌原理‌：基于Unity的Layer层级系统，动态禁用特定层级的渲染。例如：

  csharp
  Camera.main.cullingMask &= ~(1 << LayerMask.NameToLayer("UI"));// 剔除UI层
  

• ‌业务逻辑‌：用于场景切换时隐藏非活动层（如隐藏后台场景的NPC层）。

2. ‌距离剔除（Distance Culling）‌

• ‌原理‌：根据物体与摄像机的距离动态关闭渲染。URP中可通过LOD Group组件实现：

  csharp
  LODGroup group = GetComponent<LODGroup>();
  group.SetLODs(new LOD[] { new LOD(0.5f, renderers) });// 50%视距时切换LOD
  

• ‌业务逻辑‌：优化开放世界地形渲染，远处物体使用低模或代理网格。

3. ‌视口裁剪（Viewport Culling）‌

• ‌原理‌：仅渲染摄像机视口矩形内的内容。通过Camera.rect控制：

  csharp
  camera.rect = new Rect(0, 0, 0.5f, 1);// 仅渲染左半屏
  

• ‌业务逻辑‌：分屏游戏或多画中画场景中减少冗余渲染。

自定义裁剪逻辑实现

‌1. 基于Shader的裁剪‌

• ‌实现‌：在顶点着色器中手动丢弃片元：

  hlsl
  if (worldPos.y < _CutoffHeight) discard; // 自定义高度裁剪
  

• ‌应用‌：动态地形破坏效果中隐藏地下部分。

‌2. 脚本驱动的动态剔除‌

• ‌示例‌：结合业务逻辑的裁剪系统：

  csharp
  void Update() {
      Renderer renderer = GetComponent<Renderer>();
      renderer.enabled = CheckBusinessLogic();// 自定义条件判断
  }
  

• ‌案例‌：剧情触发时才显示特定物体（如任务道具）。

‌3. 混合剔除策略‌

• ‌组合方案‌：在URP的RenderObjects特性中叠加多重条件：

  csharp
  RenderObjects renderFeature = scriptableRenderer.GetFeature<RenderObjects>();
  renderFeature.settings.filterSettings.LayerMask = customMask;// 混合层级+距离
  

性能优化建议

‌数据准备‌：将裁剪数据预加载至显存（如通过GraphicsBuffer）减少CPU-GPU传输。

• GraphicsBuffer 是 Unity 中用于直接操作显存数据的底层 API，通过结构化缓冲区高效存储 GPU 可访问的数据（如裁剪信息、动态网格数据等）

• 使用GraphicsBuffer预加载裁剪数据到显存的核心步骤示例

  • ‌1. 创建GraphicsBuffer‌

    csharp
    // 定义裁剪数据（如包围盒的8个顶点）
    Vector3[] boundsVertices = CalculateBoundsVertices();// 自定义计算逻辑// 创建GraphicsBuffer（显存缓冲区）
    GraphicsBuffer gpuBuffer = new GraphicsBuffer(
        GraphicsBuffer.Target.Structured,// 缓冲类型
        boundsVertices.Length,// 元素数量sizeof(float) * 3// 每个元素大小（Vector3=3*float）
    );
    

  ---

  • ‌2. 上传数据到显存‌

    csharp
    // 将CPU数据上传至GPU显存
    gpuBuffer.SetData(boundsVertices);
    
    // 绑定到Shader（通过全局变量或MaterialPropertyBlock）
    Shader.SetGlobalBuffer("_BoundsBuffer", gpuBuffer);
    

  ---

  • ‌3. Shader中读取裁剪数据‌

    hlsl
    StructuredBuffer<float3> _BoundsBuffer; // 接收显存数据
    
    // 在顶点着色器中判断裁剪
    v2f vert (appdata v) {
        if (ShouldCull(_BoundsBuffer, v.vertex)) // 自定义裁剪逻辑
            clip(-1); // 丢弃片元
        // ...正常渲染逻辑
    }
    

  ---

  • ‌4. 释放资源（关键！）‌

    csharp
    void OnDestroy() {
        gpuBuffer?.Release();// 必须手动释放显存
    }
    

  ---

‌优化技巧‌

1. ‌批量处理‌：合并多个物体的裁剪数据到同一Buffer，减少API调用：

   csharp
   GraphicsBuffer combinedBuffer = new GraphicsBuffer(...);
   combinedBuffer.SetData(CombineAllBounds(objects));
   

2. ‌动态更新‌：仅当数据变化时重新上传：

   csharp
   if (boundsChanged) {
       gpuBuffer.SetData(newData);
   }
   

3. ‌ComputeShader加速‌：复杂裁剪逻辑可移至ComputeShader：

   hlsl
   // ComputeShader内并行处理裁剪
   [numthreads(64,1,1)]
   void CSMain (uint3 id : SV_DispatchThreadID) {
       if (_BoundsBuffer[id.x].y < _CutoffHeight) {
           _VisibilityBuffer[id.x] = 0; // 标记不可见
       }
   }
   

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‌性能对比‌

方法	CPU-GPU传输量	显存占用	适用场景
传统每帧SetData	高	低	数据频繁变化
GraphicsBuffer预加载	低	中	静态/半静态裁剪数据
ComputeShader	极低	高	大规模动态裁剪

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‌调试建议‌

• 使用RenderDoc验证显存数据是否正确上传
• 通过Profiler监控Graphics.Blit和SetData的调用开销
• 在URP的Frame Debugger中检查裁剪结果
• ‌调试工具‌：使用Frame Debugger验证裁剪效果，避免过度剔除。

以上方案可根据项目需求在URP的Forward Renderer Asset中配置或通过C#脚本扩展

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